Виды ракетных двигателей схема

Виды ракетных двигателей схема

Коронавирус: официальная информация

Пермский изготовитель ракетных двигателей готов к серийному производству деталей двигателя «Ангары»

Испытания доводочного двигателя РД-191 на базе АО «НПО Энергомаш» подтвердили работоспособность узлов и агрегатов, произведенных пермским изготовителем ракетных двигателей «Протон-ПМ». Всего на огневом стенде проведено шесть пусков. В составе доводочного двигателя успешно отработали турбонасосный агрегат, бустерный насосный агрегат (окислителя и горючего), трубопровод с эжектором, фильтр и клапан окислителя, а также другая номенклатура, закреплённая за пермским предприятием в схеме кооперации по созданию двигателя «Ангары».

«НПО Энергомаш как головное предприятие интегрированной структуры и разработчик РД-191 занимается подготовкой всех технических решений и положений по изготовлению этого двигателя. В ходе освоения в конструкцию двигателя внесён ряд изменений, повышающих надёжность и снижающих себестоимость изделия. Серия успешных испытаний доводочного двигателя доказала его работоспособность. Следующий важный этап — запуск в серийное производство усовершенствованного РД-191 на «Протон-ПМ»»

В ходе опытно-конструкторской работы по двигателю РД-191 специалисты «Протон-ПМ» освоили ряд новых технологий, в числе которых титановое литьё, нанесение металлокерамических покрытий, обработка под кислород и другие.

Директор ПАО «Протон-ПМ» Дмитрий Щенятский считает, что проведённые испытания — это точка отсчёта серийного производства основной номенклатуры РД-191, в том числе турбонасосного агрегата, который занимает порядка 30 % в трудоёмкости изготовления всего двигателя. Соответствие узлов и агрегатов РД-191 требованиям конструкторской документации подтверждено результатами дефектации, завершившейся на «Протон-ПМ» в ноябре.

«Мы гордимся тем, что именно в Перми появится производство двигателей для ракеты-носителя «Ангара». Это говорит о промышленном и научном потенциале пермской земли. Госкорпорация создаст здесь новые рабочие места, где смогут трудиться наши земляки. Краевые власти, со своей стороны, готовы организовать социальную инфраструктуру, привести в порядок дороги, чтобы семьи сотрудников «Протона-ПМ» были обеспечены местами в детских садах и школах, могли получать качественную медицинскую помощь»

Напомним, создание и серийное производство двигателя РД-191 и других перспективных жидкостных ракетных двигателей является ключевым проектом кластера «Технополис “Новый Звездный”», инициированном в 2012 году. Идея синхронного развития производства и территории поддержана президентом России Владимиром Путиным, а технополис вошел в число 25 пилотных инновационных территориальных кластеров, утвержденных Правительством Российской Федерации.

Также ранее между Пермским краем и Госкорпорацией «Роскосмос» было подписано соглашение о развитии ракетно-космической отрасли Прикамья. Данное соглашение охватывает уже имеющиеся сферы сотрудничества и отвечает всем современным вызовам ракетостроительной отрасли Прикамья и России.

В частности, сотрудничество региона и «Роскосмоса» распространяется на сохранение и развитие высокотехнологичных промышленных производств и кадрового потенциала предприятий ГК

«Роскосмос» в Пермском крае – ПАО «Протон-ПМ» и ПАО НПО «Искра». Кроме того, оно подразумевает развитие инновационной деятельности, реализацию политики импортозамещения и диверсификации производств, популяризацию космической деятельности среди молодого поколения, а также содействие в поддержании социально-политического климата Прикамья. В частности, продолжится развитие приоритетного проекта «Технополис „Новый Звездный“».

Ключевой проект кластера по производству узлов и агрегатов двигателя РД-191 для перспективных ракет «Ангара» признан приоритетным для региона инвестиционным проектом. Производство организуется на «Протон-ПМ». Заключен специнвестконтракт с Пермским краем, по которому предприятию предоставляются налоговые льготы. Основные направления развития территории – образование, обеспечение транспортной доступности и жилищное строительство. Все они входят в программу мероприятий по развитию кластера и реализуются в рамках соглашения между госкорпорацией «Роскосмос» и Правительством Пермского края.

Решение о переносе производства РД-191 на пермскую площадку принято в 2015 году в связи с увеличением объёмов поставок двигателя. За серийным заводом «Протон-ПМ» закреплены создание турбонасосного агрегата и другой номенклатуры, а также сборка всего изделия. В Воронежском центре ракетного двигателестроения будет организовано изготовление камеры сгорания РД-191. НПО Энергомаш руководит кооперацией предприятий, задействованных в создании двигателя, и проводит его огневые испытания.

Конкурс знатоков модельных двигателей

Модельные ракетные двигатели (МРД)

МРД относится к тепловым реактивным двигателям химического типа. Другими словами МРД преобразует тепловую энергию, выделяющуюся при химической реакции горения твердого ракетного топлива (ТРТ), в кинетическую энерг ию потока истекающих из сопла продуктов сгорания, который и создает реактивную силу тяги (тут можно вспомнить формулировку 3-го закона Ньютона).

Двигатели для моделей ракет обычно характеризуются значениями некоторых параметров, что дает возможность проводить их сравнительную оценку. Важнейшие из них: сила тяги (или просто тяга), измеряемая в килограммах или ньютонах; время работы (или продолжительность сгорания топлива), измеряемое в секундах; масса топлива и полная масса двигателя, измеряемый в килограммах (кг); удельный импульс (кГ с/кг или Н с/кг. Важная характеристика двигателя — отношение тяги к его массе. Двигатель малой тяги не сдвинет с места собственной конструкции, не говоря уже о корпусе и оборудовании всей ракеты. Чем больше должна быть скорость ракеты, тем больше топлива должно приходиться на килограмм его массы. Поделив массу всей ракеты (так называемую стартовую массу) на массу конструкции ракеты, получим так называемое соотношение масс. Чем больше тяга данного двигателя и легче конструкция ракеты, тем большей высоты она, очевидно, достигнет. Это общий вывод очень важен и для моделей ракет.

В твердотопливном модельном ракетном двигателе (МРД) — химическая энергия топлива преобразуется сначала в тепловую, а затем в механическую энергию газообразных продуктов сгорания, выбрасываемых из сопла, вследствие чего возникает сила тяги или просто тяга — один из важнейших параметров МРД. В камере сгорания двигателя создается тяга (P) — реактивная сила, которая является результирующей газодинамических сил, действующих на внутренние поверхности камеры во время работы, и сил окружающей среды, воздействующих на наружные поверхности камеры, за исключением сил внешнего аэродинамического сопротивления. Измеряется сила тяги в системе СИ в ньютонах (Н). Другими параметрами, характеризующими МРД, являются: масса топлива (кг); время работы или продолжительность сгорания топлива (с), секундный массовый расход (кг/с), удельный импульс тяги (Н • с/кг) и суммарный импульс (Н • с). Удельный импульс тяги — показатель эффективности топлива, на котором работает двигатель. По этому показателю судят о том, какой суммарный импульс можно получить сжигая 1 кг топлива. Суммарный импульс (I) — произведение тяги на время работы двигателя.

Разрез модельного ракетного двигателя:

1 – корпус (оболочка ), 2 – пыж 3 – вышибной заряд, 4 – замедлитель, 5 – топливо, 6 – сопло,

D – наружный диаметр, L – длина.

Двигатель работает следующим образом. Воспламенитель электрической систе­мы зажигания устанавливается внутрь камеры сгорания (через сопло) так, чтобы топливо находилось с ним в кон­такте. После включения системы зажигания происходит запуск двигателя. После сгорания последнего слоя основного заряда воспламеняется замедлитель (горит он как папироса — с торца). Его цель — задержать воспламенение так называемого вышибного заряда. Прежде чем он выполнит свои функции — выбьет переднюю стенку двигателя, — ракета после старта должна достигнуть определенной высоты.

Вышибной заряд представляет собой запрограммированное пиротехническое устройство, позволяющее простейшим образом выбросить, например, парашют для возвращения корпуса ракеты на землю. В зависимости от объема и формы вышибного заряда можно получать различные полные импульсы тяги.

Международная Авиационная Федерация (ФАИ) рекомендует классификацию модельных ракетных двигателей. Классификация дает возможность проводить соревнования и сравнивать достижения моделей ракет с одинако­выми техническими данными.

Важно то, что двигатель с топливом промышленного производства дает значительно большую гарантию безопасности, чем наилучшим образом приготовленное топливо собственного изготовления.

Технические характеристики модельных ракетных двигателей .

Муниципальное бюджетное учреждение дополнительного образования «Дом юных техников»

Твёрдофазный ядерный реактивный двигатель

Твёрдофа́зный я́дерный реакти́вный дви́гатель (ТфЯРД) — реактивный двигатель, в котором используется в качестве основного источника энергии высокотемпературный атомный реактор канального типа, в котором за счёт теплоносителя (водород, гелий и др) происходит съём тепла и образование реактивной струи сжатого, раскалённого газа. В отличие от радиоизотопных ракетных двигателей режим энерговыделения в ТфЯРД поддаётся глубокому регулированию.

Содержание

• 1 История
  • 1.1 Работы по ТфЯРД в США
  • 1.2 Работы по ТфЯРД в СССР
• 2 Фото галерея
• 3 Основные характеристики
• 4 Принцип работы
• 5 Топливо (ядерное горючее)
• 6 Рабочее тело
• 7 Преимущества
• 8 Недостатки
• 9 Улучшение характеристик ТфЯРД. Гибридные ТфЯРД
• 10 Видео галерея
• 11 См.также
• 12 Ссылки
• 13 Литература

История [ править | править код ]

Работы по ТфЯРД в США [ править | править код ]

История ТЯРД начинается в США в 50-е годы. В те времена в Америке появилась идея практической демонстрации осуществимости ядерного реактивного двигателя которая получила название «Ровер». В 1954-1955 гг. группа заинтересованных американских учёных Лос-Аламосской лаборатории подготовила доклад об осуществимости этого двигателя на основании ряда опытов и исследований. В следствие этого доклада КАЭ США приняла оффициальное решение о планировании работ по ядерному ракетному двигателю, и созданию действующего образца такого двигателя. Весь объём работ был поручен Лос-Аламосской научной лаборатории и Радиационной лаборатории в Ливерморе при Калифорнийском университете. В 1956 году, после скрупулёзного рассмотрения проделанной работы, все исследования Радиационной лаборатории были направленны на создание прямоточного ядерного реактивного двигателя по проекту «Плуто». В начале 1957 года было определено окончательное направление работ Лос-Аламосской лаборатории, и принято решение по строительству графитового ядерного реактора с диспергированным в графите урановым горючим. Созданный в этом направлении реактор «Киви-А» был испытан в 1959 году 1-го июля. Помимо строительства реактора Лос-Аламосская лаборатория вела полным ходом работы по строительству специального испытательного полигона в Неваде, а также выполняла ряд специальных заказов ВВС США в смежных областях (разработка отдельных узлов ТЯРД). По поручению Лос-Аламосской лаборатории все специальные заказы на изготовления отдельных узлов осуществляли фирмы: «Аэроджет дженерал», отделение «Рокетдайн» фирмы «Норс-америкен авиэйшн». Летом 1958 года весь контроль за выполнением программы «Ровер» перешёл от ВВС США к вновь организованному Национальному управлению по аэронавтике и космосу (НАСА). В результате специального соглашения между КАЭ и НАСА в середине лета 1960 года было образовано Управление космическими ядерными двигателями под руководством Г. Фингера, которое и возглавило программу «Ровер» в дальнейшем. Полученные результаты шести «горячих испытаний» ядерных реактивных двигателей оказались весьма обнадёживающими, и в начале 1961 года был подготовлен доклад об испытаниях реактора (RJFT) в полёте. Затем в середине 1961 года стартовал проект «Нерва» (применение ядерного двигателя для космических ракет). В качестве генерального подрядчика была выбрана фирма «Аэроджет дженерал», а в качестве субподрядчика отвечающего за строительство реактора фирма «Вестингауз».

Работы по ТфЯРД в СССР [ править | править код ]

В Советском Союзе разработка и проектирование первых ТЯРД проводилось во второй половине 50-х годов. Проведение работ производилось КБ главных конструкторов А.М. Люльки, С.А. Лавочкина, В.М. Мясищева, М.М. Бондарюка, В.П. Глушко совместно с рядом научно-исследовательских институтов — НИИТП, ЦИАМ, ИАЭ, ВНИИНМ, СФТИ и др. Летом 1959 года сотрудники НИИТП В.М. Иевлев и Ю.А. Трескин представили доклад о постановке эксперимента на исследовательском реакторе ИГР, первый пуск которого состоялся в 1961 году. Конструкции сборки совершенствовались, и уже в 1975-1989 гг. на новом реакторе ИВГ-1 была выполнена отработка тепловыделяющих сборок на ресурс в форсированном режиме при температурах до 3100 К (до 2827°С) и теплонапряжении реакторного объёма до 20 кВт/см3 (на порядок выше, чем в США). На стендовом реакторе минимальной размерности (ИРГИТ) проводились контрольные пуски при мощности до 60 МВт и температуре до 2650 К (2377°С). В отличие от американцев российские ученые использовали наболее экономичные и эффективные испытания отдельных тепловыделяющих элементов в исследовательских реакторах. Весь комплекс произведённых работ в 70-80-е годы позволило в КБ «Салют», КБ химавтоматики, ИАЭ, НИКИЭТ и НПО «Луч» (ПНИТИ) разрабатывать различные проекты космических ЯРД и гибридных ядерных энергодвигательных установок. В КБ химавтоматики при научном руководстве НИИТП (за элементы реактора отвечали ФЭИ, ИАЭ, НИКИЭТ, НИИТВЭЛ, НПО «Луч», МАИ) создавались ЯРД РД 0411 и ядерный двигатель минимальной размерности РД 0410 тягой 40 и 3,6 т соответственно. В результате были изготовлены реактор, «холодный» двигатель и стендовый прототип для проведения испытаний на газообразном водороде. В отличие от американского, с удельным импульсом не больше 8250 м/с, советский ТЯРД за счет применения более жаростойких и совершенных по конструкции тепловыделяющих элементов и высокой температуры в активной зоне имел этот показатель равным 9100 м/с и выше. Стендовая база для испытаний ТЯРД объединенной экспедиции НПО «Луч» размещалась в 50 км юго-западнее г. Семипалатинск-21. Она начала работать в 1962 году. В 1971-1978 гг. на полигоне испытывались натурные тепловыделяющие элементы прототипов ЯРД. При этом отработанный газ поступал в систему закрытого выброса. Стендовый комплекс для полноразмерных испытаний ядерных двигателей «Байкал-1» находится в 65 км к югу от г. Семипалатинск-21. С 1970 по 1988 год проведено около 30 «горячих пусков» реакторов. При этом мощность не превышала 230 МВт при расходе водорода до 16,5 кг/сек и его температуре на выходе из реактора 3100 К. Все запуски прошли успешно, безаварийно, и по плану. В настоящее время подобные работы на полигоне прекращены, хотя оборудование поддерживается в относительно работоспособном состоянии. Стендовая база НПО «Луч» — единственный в мире экспериментальный комплекс, где можно без значительных финансовых и временных затрат проводить испытания элементов реакторов ЯРД. Не исключено, что возобновление в США работ по ТЯРД для полетов к Луне и Марсу в рамках программы «Космическая исследовательская инициатива» с планируемым участием в них специалистов России и Казахстана приведет к возобновлению деятельности семипалатинской базы и осуществлению «марсианской» экспедиции в 2020-е годы.

Фото галерея [ править | править код ]

Советский ТЯРД РД-0410 — единственный работающий и надёжный промышленный ядерный ракетный двигатель в мире

«Технологическое чудо»: в России начались работы по адаптации двигателя РД-180 для ракеты «Союз-6»

Специалисты российского НПО «Энергомаш» приступили к работам по адаптации двигателя РД-180 для его последующей установки на перспективной ракете «Союз-6». Об этом сообщил генеральный директор предприятия Игорь Арбузов.

По его словам, в рамках программы «Роскосмоса» по созданию новых средств выведения будут производиться ракеты «Союз-5» и «Союз-6», а также сверхлёгкая и сверхтяжёлая ракеты-носители. Причём последняя будет собираться по принципу «технологического конструктора», где каждая часть ракеты — самостоятельное лётное изделие.

«Двигатель РД-180, который имеет уникальную лётную статистику, будет применяться на первой ступени ракеты «Союз-6», а также в центральном блоке ракеты сверхтяжёлого класса. Мы уже начали активные работы по адаптации РД-180 к новой версии ракеты», — заявил Арбузов.

Он добавил, что в ходе модернизации силовой установки будет, в частности, улучшена система аварийной защиты, которая позволяет предупредить возникновение нештатной ситуации. Помимо этого, обновлённый двигатель станет дешевле и надёжней.

«В адаптированном двигателе будет применён весь опыт, который был получен при создании РД-180 и РД-191. И даже больше: это и повышенная защита от возгорания, новые фильтры, покрытия, самые современные материалы и технологии их обработки, новая система управления, быстродействующая система аварийной защиты, способная реагировать на проблему на более ранней стадии и мгновенно отключающая двигатели», — рассказал глава «Энергомаша».

Арбузов также сообщил, что РД-180 может быть использован для создания многоразовых ракет: «Наши двигатели можно использовать до десяти раз, поэтому мы продолжим разрабатывать необходимый задел для создания многоразовых ракет».

Российский «американец»

РД-180 был разработан специалистами НПО «Энергомаш» имени академика Глушко в 1990-х годах. Агрегат создавался на базе самого мощного в мире советского жидкостного двигателя РД-170, по сравнению с которым у него уменьшены масса (с 9,7 до 5,3 тонны) и тяга (с 7904 кН до 4152 кН).

Проект с самого начала предназначался для экспорта в США. В 1996 году «Энергомаш» победил в тендере на создание двигателей для американской ракеты-носителя среднего класса Atlas III. Впоследствии он также устанавливался на более новую модель Atlas V.

Первый полёт американских ракет с РД-180 состоялся в мае 2000 года. По информации «Роскосмоса», за прошедшее время в США было поставлено 116 двигателей, произведено 89 пусков — все они признаны успешными. Такая эффективность является уникальной для мировой космонавтики, подчёркивают в корпорации.

Американские ракеты с установленными на них РД-180 используются в основном для запуска коммерческих и правительственных спутников. Помимо этого, с их помощью NASA осуществляло отправку научных миссий по исследованию Плутона, Луны, Солнца, Юпитера и Марса.

Сотрудничество России и США в этой области несколько осложнилось после введения Вашингтоном в 2014 году экономических санкций против Москвы в связи с ситуацией на Украине. Ряд американских политических деятелей выступили тогда за прекращение закупок РД-180.

На фоне ухудшения российско-американских отношений в Соединённых Штатах активизировались попытки создать замену двигателю «Энергомаша». Среди них — проект BE-4 компании Blue Origin, применение двигателей AR1, которые разрабатываются компаниями Dynetics и Aerojet Rocketdyne, а также производство РД-180 на территории США по российской лицензии.

На сегодняшний день ни одна из этих американских разработок не была завершена. Поставка российских двигателей РД-180 не попала под санкции, она продолжает осуществляться в прежнем режиме, отмечают в «Роскосмосе». Там напомнили, что президент американской компании United Launch Alliance Тори Бруно назвал двигатели РД-180 «технологическим чудом».

Сохранить уникальный проект

Двигатели РД-180 ранее не использовались на российских ракетах, однако в сентябре 2019 года глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин сообщил, что данный агрегат будет устанавливаться на «Союзе-6».

«Скорее всего, на базе этой ракеты («Союз-5». — RT) мы будем создавать ещё одну ракету, но более пониженного класса — ракету среднего класса «Союз-6», на которой будут летать на основе двигателя РД-180», — цитирует Рогозина Интерфакс.

При этом глава «Роскосмоса» отметил, что использование силовой установки РД-180 позволит сохранить этот уникальный проект и технологические наработки, если США откажутся от закупок данного двигателя.

«Это выход из ситуации, когда американцы прекращают закупки этого двигателя для своих нужд, чтобы мы не потеряли эту уникальную машину, уникальный мотор», — пояснил он.

В декабре 2019 года гендиректор «Энергомаша» Игорь Арбузов уточнил, что речь идёт не о поставляемой в США оригинальной версии РД-180, а о модернизированном варианте двигателя.

Тестовые пуски «Союза-6» планируется осуществлять с российско-казахстанского комплекса «Байтерек». Первый старт намечен на 2025 год. Стартовый стол для запуска данных ракет будет также создан в России. Ориентировочная дата окончания строительства намечена на 2025—2026 годы.

В 2019 году Рогозин также сообщил, что «Союз-5» и «Союз-6» в будущем станут прототипами для составных частей перспективной ракеты сверхтяжёлого класса «Енисей», проект которой сейчас разрабатывается российскими специалистами.

«Что особенно важно: «Союз-5» становится прототипом первой ступени ракеты сверхтяжёлого класса, а «Союз-6» прототипом второй ступени центрального блока ракеты сверхтяжёлого класса. То есть мы, делая на самом деле крайне востребованные средства выведения — рыночные, которые готовы будут драться на рынке с любым американским и иным производителем, — одновременно фактически делаем работу по созданию ракеты сверхтяжёлого класса, уже начинаем отработку её модулей», — отметил Рогозин.

Непревзойдённый результат

Как отметил в разговоре с RT сотрудник Института космических исследований Российской академии наук Натан Эйсмонт, на данный момент РД-180 является лучшим двигателем в своём классе.

«Этот двигатель по своим качествам не превзойдён. Никто в мире подобные агрегаты делать не умеет и, может быть, такая ситуация не изменится и в будущем, поскольку разработка такого двигателя является довольно длительным и дорогостоящим процессом», — заявил он.

Аналогичного мнения придерживается и руководитель Института космической политики Иван Моисеев.

«Технически этот двигатель очень хорош, качественен и очень недорог. Мы продали США свыше 100 таких аппаратов. Чтобы отказаться от его использования, нужно разработать аналог, а на это требуется много времени, может быть, целое десятилетие», — заявил собеседник RT.

Эйсмонт подчеркнул, что отличительной чертой РД-180 является его крайне высокая надёжность — все пуски прошли штатно. По его словам, для создания аналогичной установки мало разработать проект (что само по себе стоит больших денег) — нужны ещё годы испытаний и успешной эксплуатации.

«США продолжают их покупать, всё время заявляя при этом, что хотят отказаться и готовят что-то ему на замену. Но пока заменить не получается. Не в последнюю очередь потому, что РД-180 — исключительно надёжный двигатель. Нет ни одной другой разработки, которую можно было бы с ним по этому параметру сопоставить. Он давно находится в эксплуатации, в ходе которой был накоплен огромный опыт. Этот агрегат хорошо себя зарекомендовал», — считает эксперт.

В этих условиях, отмечает Эйсмонт, США не могут себе позволить отказаться от эксплуатации РД-180 из-за политических соображений, поскольку это связано с большими финансовыми рисками.

«Если американцы вдруг откажутся от РД-180, то тогда придётся отказаться и от ракеты Atlas V, а это повлечёт серьёзные финансовые потери, изменения в программе полётов. И в конечном счёте приведёт к увеличению рисков, так как двигатель с тем же уровнем надёжности сейчас ни сделать, ни найти где-то невозможно. Такова объективная реальность», — сказал аналитик.

В свою очередь, военный эксперт Юрий Кнутов в беседе с RT отметил, что использование базы РД-180 для создания «Союза-6» оправдано с экономической точки зрения.

«Это правильное решение, поскольку мы таким образом используем отработанные на практике схемы, проверенные даже не годами, а десятилетиями. Помимо этого, применение РД-180 поможет снизить конечную стоимость ракеты, так как разработка нового аппарата потребовала бы больших трат. На выходе получится эффективная современная ракета, по цене и качеству конкурентоспособная по сравнению с зарубежными аналогами», — заключил аналитик.